1. Description
1.1 Vue d’ensemble du système
1.1.1 Le dispositif de prélèvement de l’échantillon de mesure des particules se compose d’une sonde de prélèvement située dans le tunnel de dilution, d’un tube pour le transfert des échantillons de particules, d’un porte-filtre, d’une pompe à flux partiel, de régulateurs de débit et de débitmètres.
1.1.2 Il est recommandé d’utiliser, en amont du porte-filtre, un séparateur primaire (type pot à poussières ou cyclone, par exemple). Toutefois, on peut également utiliser une sonde de prélèvement fonctionnant comme un dispositif approprié de préclassification, comme celle qui est montrée à la figure A4a.App4/13.
1.2 Prescriptions générales
1.2.1 La sonde de prélèvement du flux de gaz dans lequel les particules sont prélevées doit être disposée dans le canal de dilution de façon à permettre le prélèvement d’un flux de gaz représentatif du mélange air/gaz d’échappement homogène.
1.2.2 Le débit de l’échantillon de mesure des particules doit être proportionnel au flux total de gaz d’échappement dilués dans le tunnel de dilution avec une tolérance de 5 %.
1.2.3 Les gaz d’échappement dilués prélevés doivent être maintenus à une température inférieure à 325 K (52 °C) dans les 20 cm situés en amont ou en aval de l’avant du filtre à particules, sauf dans le cas d’un essai de régénération. Dans ce cas, la température doit être inférieure à 192 °C.
1.2.4 L’échantillon de mesure des particules doit être prélevé sur un seul filtre monté sur un support dans les gaz d’échappement dilués prélevés.
1.2.5 Tous les éléments du système de dilution et du système de prélèvement compris entre le tuyau d’échappement et le porte-filtre qui entrent en contact avec les gaz d’échappement bruts et dilués doivent être conçus pour réduire le plus possible les dépôts ou l’altération des matières particulaires.
Ils doivent être réalisés en matériaux électriquement conducteurs qui ne réagissent pas avec les constituants des gaz d’échappement, et ils doivent être mis à la masse électriquement pour prévenir les effets électrostatiques.
1.2.6 Si une compensation des variations de débit n’est pas possible, on doit prévoir un échangeur de chaleur et un dispositif de régulation des températures ayant les caractéristiques spécifiées au paragraphe 1.3.5 de l’appendice 2 de la présente annexe pour garantir la constance du débit dans le système et, de ce fait, la proportionnalité du débit de prélèvement.
1.3 Prescriptions particulières
1.3.1 Sonde de prélèvement des particules
1.3.1.1 La sonde de prélèvement doit avoir, en matière de classification granulométrique des particules, l’efficacité décrite au paragraphe 1.3.1.4.
Pour parvenir à cette efficacité, il est recommandé d’utiliser une sonde à arêtes vives et à tube ouvert faisant directement face à l’amont ainsi qu’un séparateur primaire (type pot à poussières ou cyclone, etc.). On peut également utiliser une sonde de prélèvement telle que celle qui est décrite à la figure A4a.App4/13 à condition qu’elle parvienne, en matière de préclassification, à l’efficacité décrite au paragraphe 1.3.1.4.
1.3.1.2 La sonde de prélèvement doit être installée à proximité de l’axe du tunnel, à une distance comprise entre 10 et 20 diamètres du tunnel en aval du flux à partir de l’entrée des gaz d’échappement, et doit avoir un diamètre intérieur d’au moins 12 mm.
Si plusieurs échantillons sont prélevés simultanément à partir d’une sonde de prélèvement unique, le débit prélevé à partir de cette sonde doit être divisé en débits fractionnels égaux afin d’éviter tout effet de biais sur le prélèvement.
Si l’on utilise plusieurs sondes, chacune doit être à arêtes vives et à tube ouvert faisant directement face à l’amont. Les sondes doivent être également espacées autour de l’axe longitudinal central du tunnel de dilution, l’espace entre deux sondes devant être d’au moins 5 cm.
1.3.1.3 La distance entre la pointe de la sonde de prélèvement et le porte-filtre doit être égale à au moins cinq fois le diamètre de la sonde, sans toutefois dépasser 1 020 mm.
1.3.1.4 Le séparateur granulométrique primaire (type pot à poussières ou cyclone, par exemple) doit être placé en amont du porte-filtre. Son point de coupure à 50 % doit être compris entre 2,5 µm et 10 µm au débit volumique choisi pour le prélèvement des particules. Le séparateur primaire doit laisser passer au moins 99 % des particules de 1 µm au débit volumique choisi pour le prélèvement des particules émises. Toutefois, une sonde de prélèvement agissant comme un dispositif approprié de préclassification granulométrique, telle que celle montrée à la figure A4a.App3/13, peut remplacer le séparateur primaire.
1.3.2 Pompe de prélèvement et débitmètre
1.3.2.1 Le dispositif de mesure du flux de gaz d’essai se compose de pompes, de régulateurs de débit et de débitmètres.
1.3.2.2 La température du flux de gaz au niveau du débitmètre ne doit pas varier de plus de 3 K sauf pendant les essais de régénération sur les véhicules équipés de dispositifs de traitement aval à régénération discontinue. En outre, le débit-masse de prélèvement doit rester proportionnel au flux total des gaz d’échappement dilués avec une tolérance de 5 % du débit-masse de particules collecté. Lorsqu’il se produit une modification inadmissible du débit en raison d’une charge trop élevée du filtre, l’essai doit être interrompu.
Lors de la répétition de l’essai, il y a lieu de prévoir un débit moins important.
1.3.3 Filtre et porte-filtre
1.3.3.1 Une soupape doit être placée en aval du filtre dans la direction du flux. La valve doit s’ouvrir et se fermer dans la seconde suivant le début et la fin de l’essai.
1.3.3.2 Il est recommandé que la masse collectée sur le filtre de diamètre 47 mm (Pe) soit ≥ 20 µg et que la charge du filtre soit maximisée conformément aux prescriptions des paragraphes 1.2.3, 1.3.2 et 1.3.3 du présent appendice.
1.3.3.3 Pour un essai donné, il faut attribuer à la vitesse à laquelle le gaz entre dans le filtre une valeur unique comprise entre 20 cm/s et 80 cm/s à moins que le système de dilution ne fonctionne avec un flux de prélèvement proportionnel au débit du dispositif de prélèvement à volume constant.
1.3.3.4 Des filtres en fibre de verre revêtus de fluorocarbone ou des filtres à membranes à base de fluorocarbone sont nécessaires. Quel que soit le type, le filtre doit avoir un coefficient de rétention des particules de DOP (di-octylphthalate) ou de PAO (polyalphaoléfine) CS 68649-12-7 ou CS 68037-01-4 de 0,3 μm d’au moins 99 % à une vitesse d’entrée d’au moins 5,33 cm/s mesurée conformément à l’une des normes ci-après:
a) U.S.A. Department of Defense Test Method Standard, MIL-STD-282 method 102.8: DOP-Smoke Penetration of Aerosol-Filter Element;
b) U.S.A. Department of Defense Test Method Standard, MIL-STD-282 method 502.1.1: DOP-Smoke Penetration of Gas-Mask Canisters;
c) Institute of Environmental Sciences and Technology, IEST-RP-CC021: Testing HEPA and ULPA Filter Media.
1.3.3.5 Le porte-filtre doit être conçu de manière à assurer une répartition régulière du flux sur toute la surface utile du filtre. La surface utile du filtre doit être au minimum de 1 075 mm2.
1.3.4 Chambre de pesage des filtres et balance
1.3.4.1 La microbalance utilisée pour déterminer le poids des filtres doit avoir une précision (écart type) de 2 µg et une résolution de 1 µg ou mieux.
Il est recommandé de vérifier la microbalance au début de chaque session de pesage au moyen d’un poids de référence de 50 mg. On pèse ce poids à trois reprises et on enregistre la moyenne des résultats de ces trois pesées. Si cette moyenne est à 5 µg près la même que celle obtenue lors de la précédente session de pesage, la session de pesage et la balance sont considérées comme valables.
La chambre (ou le local) de pesage doit répondre aux conditions suivantes pendant toutes les opérations de conditionnement et de pesée du filtre:
Température maintenue à 295 3 K (22 3 °C);
Humidité relative maintenue à 45 8 %;
Point de rosée maintenu à 9,5 °C 3 °C.
Il est recommandé d’enregistrer les conditions de température et d’humidité en même temps que les poids de l’échantillon et du filtre de référence.
1.3.4.2 Correction des effets de flottabilité
Le poids de chaque filtre doit être corrigé en fonction de la flottabilité du filtre dans l’air.
La correction de flottabilité dépend de la densité du matériau filtrant, de la densité de l’air et de la densité du poids de référence utilisé pour étalonner la balance. La densité de l’air est fonction de la pression, de la température et de l’humidité.
Il est recommandé de maintenir la température et le point de rosée dans la chambre de pesage à 22 °C 1 °C et 9,5 °C 1 °C respectivement.
Toutefois, l’application des prescriptions minimales énoncées au paragraphe 1.3.4.1 du présent appendice donnera aussi une correction acceptable des effets de flottabilité. La correction des effets de flottabilité se calcule au moyen de la formule suivante:
air poids
air
matériaufiltrant
corr non
corr
m 1 1
m / / /
où:
mcorr = masse des matières particulaires corrigée des effets de flottabilité, mnoncorr= masse des matières particulaires non corrigée des effets
de flottabilité,
ρair = masse volumique de l’air ambiant à proximité de la balance,
ρpoids = masse volumique du poids étalon utilisé pour étalonner
la balance, ρmatériau
filtrant
= masse volumique du matériau filtrant (filtre) conformément au tableau ci-dessous:
Matériau filtrant ρmatériau filtrant
Filtre en fibre de verre revêtu de téflon (par exemple TX40). 2 300 kg/m3 ρair peut être calculé comme suit:
amb mix air absR T
M P
où:
Pabs = pression absolue à proximité de la balance, Mmix = masse molaire de l’air à proximité de la balance
(28,836 gmol-1),
R = constante molaire des gaz (8,314 Jmol-1K-1),
Tamb = température ambiante absolue de l’air à proximité de la balance.
L’atmosphère de la chambre doit être exempte de tout contaminant ambiant (poussières, par exemple) pouvant se déposer sur les filtres au cours de la phase de stabilisation.
Des écarts limités par rapport aux conditions de température et d’humidité prescrites pour la chambre de pesage sont tolérés si leur durée totale ne dépasse pas 30 min pendant l’une quelconque des périodes de conditionnement du filtre. La chambre de pesage devrait en tout cas satisfaire aux conditions prescrites avant toute entrée de personnel dans la chambre.
Pendant l’opération de pesage, aucun écart par rapport aux conditions prescrites n’est admis.
1.3.4.3 Les effets de l’électricité statique doivent être annulés. Pour ce faire, on peut soit mettre la balance à la terre en la plaçant sur un tapis antistatique et en neutralisant les filtres à particules avant le pesage au moyen d’un neutraliseur au polonium ou par un autre moyen également efficace, soit égaliser la charge statique.
1.3.4.4 Les filtres d’essai sont retirés de l’enceinte au plus tôt une heure avant le début de l’essai.
1.4 Description du système recommandé
La figure A4a.App4/12 est un schéma de principe du système recommandé pour le prélèvement des particules. Des configurations différentes pouvant donner des résultats équivalents, la stricte conformité à cette figure n’est pas exigée. Des éléments additionnels tels qu’appareils de mesure, robinets, solénoïdes, pompes et commutateurs peuvent être utilisés pour obtenir d’autres informations et pour coordonner les fonctions des divers systèmes constituant l’ensemble. D’autres éléments qui, dans certains systèmes, ne sont pas nécessaires pour garantir la précision peuvent être omis si cela est compatible avec les règles de l’art.
Figure A4a.App4/12
Système de prélèvement des particules
FM
FC FH
Régulation proportionnelle au débit du prélèvement à volume constant PTT
P PSP
DT
PCF
Un échantillon de gaz d’échappement dilués est prélevé dans le tunnel de dilution de flux total DT par l’intermédiaire de la sonde PSP et du tube de transfert de l’échantillon de particules PTT au moyen de la pompe de prélèvement P. L’échantillon traverse un séparateur granulométrique primaire PCF et le(s) porte-filtre(s) FH qui contiennent les filtres à particules. Le débit est réglé par le régulateur de débit FC.
2. Procédures d’étalonnage et de vérification 2.1 Étalonnage du débitmètre
Le service technique doit vérifier l’existence d’un certificat d’étalonnage du débitmètre attestant la conformité du débitmètre à une norme identifiable et établi dans les 12 mois précédant l’essai ou après que le débitmètre a fait l’objet d’une réparation ou d’une modification susceptible d’influer sur l’étalonnage.
2.2 Étalonnage de la microbalance
Le service technique doit vérifier l’existence d’un certificat d’étalonnage de la microbalance attestant la conformité de la microbalance à une norme identifiable et établi dans les 12 mois précédant l’essai.
2.3 Pesage du filtre de référence
Pour déterminer les poids spécifiques des filtres de référence, au moins deux filtres de référence non utilisés doivent être pesés, de préférence en même temps que les filtres de prélèvement, mais en tout cas dans un délai maximum de 8 h à compter du pesage des filtres de prélèvement. Les filtres de référence doivent être de la même dimension et du même matériau que les filtres de prélèvement.
Si le poids spécifique d’un filtre de référence varie de plus de 5 µg entre les pesages des filtres de prélèvement, le filtre de prélèvement et les filtres de référence doivent alors être reconditionnés dans la chambre de pesage puis pesés une nouvelle fois.
Pour comparer les pesées d’un filtre de référence, on doit comparer les poids spécifiques de ce filtre et la moyenne mobile des poids spécifiques de ce filtre.
La moyenne mobile est calculée à partir des poids spécifiques mesurés pendant la période qui a débuté au moment où les filtres de référence ont été placés dans la chambre de pesage. Cette période ne doit être ni inférieure à 1 jour ni supérieure à 30 jours.
Le conditionnement et le pesage des filtres de collecte et de référence peuvent être répétés pendant les 80 h qui suivent la mesure des gaz lors de l’essai d’émissions.
Si avant l’expiration ou à l’expiration de ce délai de 80 h, plus de la moitié du nombre de filtres de référence satisfont au critère de 5 µg, la pesée du filtre de prélèvement peut être considérée comme valide.
Si, à l’expiration du délai de 80 h, deux filtres de référence sont employés et si un filtre ne remplit pas le critère de 5 µg, la pesée du filtre de prélèvement peut être considérée comme valide à condition que la somme des différences absolues entre les moyennes spécifiques et les moyennes mobiles des deux filtres de référence soit inférieure ou égale à 10 µg.
Si moins de la moitié des filtres de référence satisfont au critère de 5 µg, le filtre de prélèvement est rejeté et l’essai d’émissions est répété. Tous les filtres de référence doivent être rejetés et remplacés dans les 48 h.
Dans tous les autres cas, les filtres de référence doivent être remplacés au moins tous les 30 jours et de telle manière qu’aucun filtre de prélèvement ne soit pesé sans être comparé à un filtre de référence présent dans la chambre de pesage depuis au moins 1 jour.
Si les critères de stabilité des conditions dans la chambre de pesage énoncés au paragraphe 1.3.4 du présent appendice ne sont pas respectés, mais si les pesées des filtres de référence satisfont aux critères ci-dessus, le constructeur du véhicule peut, à son choix, accepter la pesée des filtres de prélèvement ou déclarer les essais nuls, faire réparer le système de conditionnement de la chambre de pesage et procéder à un nouvel essai.
Figure A4a.App4/13
Configuration de la sonde de prélèvement des particules